硕士学位论文
-756.971110-764.58躲避硐电绞窝信号硐室30m平台-799.3信号硐室设计收作线-802.46394103工作面开切眼1隔爆水棚3隔爆水棚2020m皮带机头-77032520m皮带机头1隔爆水棚94103运输道°90170°3186°3图2-1采掘工程平面图
Fig 2-1 the plan of mining engineering
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-723.047-782.70二水平皮带下山 170°-730停158'-789.05p35°.41H=-720.5道94102材料12-750.65p213'745.3-744.70733.014-729.109'-775.1594103材料道3°90
3 深部沿空留巷巷旁支护参数计算及材料研究
3深部沿空留巷巷旁支护参数计算及材料研究 3 The Research of Roadside Support Parameter calculation Materials in Deep Gob-side Entry Retaining
研究旗山煤矿94103工作面沿空留巷巷道围岩的变形，对建立深部沿空留巷围岩控制模型具有重要的理论意义。本章起首依据沿空留巷上覆岩层活动规律，创建深部沿空留巷力学模型，对巷旁支护阻力、支护体控顶高度以及支护体的可缩量等参数进行力学计算，进而对深部沿空留巷巷旁支护技术进行研究。
3.1通过深部沿空留巷力学模型对巷旁支护体参数的研究(Establish Mechanical Model and Parameters Study of Roadside Support Body in Deep Gob-side Entry Retaining )
3.1.1通过深部沿空留巷力学模型进行求解
大量的实测表明，沿空留巷和采场具有相似的边界条件、受力特征及其它一些共同属性。两者具有相似的矿压显现规律，但是它们的采空区边界不同，采场是移动边界，而沿空留巷的采空边界是固定的。因而，它们在顶板岩层和矿压显现方面既相似又不同。随着工作面的不断推进，在工作面下端头处，由于该处顶板的隅角处于直角固支状态而产生的“角”效应，使该处呈现弧形破坏，形成“弧形三角板”，“弧形三角板”的稳定与否对沿空留巷影响较大，同样，巷旁支护性能和早期支护参数要借助于“弧形三角板”结构来进行计算。设计沿空留巷支护阻力等参数时，一般考虑其极限状况，即以顶板达到危险状况的断面为截面，得到弹性基础梁模型。随着回采面的推进，控顶范围扩大，引起下位基本顶破断、失稳，巷旁支护体具有的支护阻力应使基本顶沿巷旁支护体侧的弯矩达到极限弯矩，从而切断基本顶。由于巷内支护阻力远小于巷旁支护阻力，巷内支护阻力可忽略不计。巷旁支护体与顶板相互作用的力学模型如图3-1所示，以板的中间破断线位置所作的剖面。
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NBqcosαM0TANAA?yx0煤体NCTBCMLBPqqsinαTCTBcosαq 0αcd巷道e巷旁支护体
图3-1 切顶阻力计算简图
Fig 3-1 The calculation diagram of cutter top resistance
对上述模型作如下简化：
(1) 矸石对结构块AC的支撑力为零，在采空区侧遭到的剪力为NC，沿岩层方向的推力为TC：
TC?L?qcos?
2(h??SC)(3-1)
式中：?——煤层倾角；
L——AC岩块的长度；
q——AC岩块单位长度的自重；
h——AC岩块的厚度；
?SC——AC岩块被切断时C端的下沉量。
(2) 采空区上方直接顶冒落，基本顶发生旋转下沉，因此基本顶更上位岩层与基本顶之间出现离层，它们之间的剪力忽略不计。
(3) 基本顶的自重分解成沿平行于基本顶和垂直于基本顶的两组力； (4) 基本顶之上的岩层，认为其匀称的加载在基本顶上； (5) 基本顶以煤体弹塑性交界处为旋转轴向采空区侧旋转倾斜；
(6) 沿空留巷下侧煤体支承压力?y和应力极限平衡区宽度x0计算式为：
g?0?xC0Px2tC (3-2) ?y?(?)eM?A?0
tg?0Atg?0Ck?cos??H?0tg?0M?Ax0??ln (3-3)
C0Px2tg?0?tg?0A式中：C0、?0——顶底板岩层与煤层接触面的粘聚力和内摩擦角；
?——煤层倾角；
Px——支架对煤帮的支护阻力；
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3 深部沿空留巷巷旁支护参数计算及材料研究
A——侧压系数；
M——采高； H——开采深度；
?——上覆岩层平均容重；
k——应力集中系数。
3.1.2巷旁支护阻力计算
根据图3.2，用平衡法分别对AB、BC两岩块建立力学方程。
BC岩块，垂直于倾角?方向，?Fn?0，得：
NB?qcos??e?NC?0
平行于?方向，?Fs?0，得：
(3-4)
TB?TC?qsin??e
(3-5)
?MB?0，得：
1hML?qcos??e2?NC?e?TC(h??SC)?qsin??e(??SC)?0
22h1ML?TC(h??SC)?qsin??e(??SC)?qcos??e222 NC?eAB岩块，?MA?0，得
(3-6)
dx0Pq(x0?c?)??0?y(x0?x)dx?M0?TB(h??SB)?qsin?(x0?c?d)?2 (3-7)
h1(??SB)?(q?q0)cos??(x0?c?d)2?NB(x0?c?d)?ML?022将(3.4)、(3.5)式代入(3.7)式，得：
1x0Pq?[ML?(NC?qcos??e)(x0?c?d)?(q?q0)cos??(x0?c?d)2??0?y(x0?x)dx
2hd?(TC?qsin??e)(h??SB)?M0?qsin?(x0?c?d)?(??SB)]/(x0?c?) (3-8)
22式中：?——煤层倾角；
c——巷道宽度；
d——巷旁支护体宽度； h——基本顶岩层厚度；
Pq——巷旁支护体的切顶阻力；
ML——基本顶岩层的极限弯距； M0——A端基本顶的残余弯距；
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q——基本顶及上部岩层单位长度的自重；
q0——直接顶单位长度自重； ?SB——基本顶跨落前B端的下沉量，
?SC?x0?c?d?e??SB
x0?c?de——BC岩块的长度，其计算式为：
L2bb??100?102(m)2?x0?c?d17Lmb
b——基本顶来压步距；Lm——工作面长度。
e?3.1.3巷旁支护体控顶高度研究
以上分析了沿空留巷巷旁支护的阻力，确定了巷旁支护的力学模型和阻力计算表达式。但是巷旁支护究竟要控制多大高度范围的顶板岩层，还需要进一步加以分析、研究。
巷旁充填体采空区侧的直接顶冒落后，随着工作面的推进，充填体要切断采空区侧基本顶，采空区冒落的顶板碎胀后充填采空区，充填体的控顶高度要使基本顶更上位的岩层发生破坏时能在采空区触矸，得到平衡，见图3-2。
mm-1Hm4321Mα
图3-2 沿空留巷巷旁支护控顶高度模型
Fig 3-2 The model diagram of top height control for gob-side entry retaining roadside support
由图中几何关系得
所以
Hm??hi
i?1m?h?Kii?1mM p?1(3-9)
Hm?M Kp?1式中：Hm——巷旁支护控顶高度，m；
hi ——顶板岩层分层厚度，m；
M——采高，m；
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